Часть I. Основы грунтоведения

ISBN 978-5-89231-468-8

Министерство сельского хозяйства

Российской федерации

 

Федеральное государственное БЮДЖЕТНОЕ

Образовательное учреждение высшего

Профессионального образования

 

Московский государственный

Университет природообустройства

 

 

Н.П. карпенко, И.М. Ломакин, В.С. Дроздов

Основы инженерной

Геологии

Учебное пособие

Рекомендовано УМО по образованию в области природообустройства и водопользования в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки (специальностям) 280100

Москва 2014

УДК 624.131.1

ББК 26.3

К21

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

 

Кандидат технических наук, заведующий лабораторией

природоохранных режимов мелиорации ГНУ ВНИИГиМ

им. А.Н. Костякова Россельхозакадемии

В.М. Яшин

 

Кандидат технических наук, доцент кафедры комплексного

использования водных ресурсов и гидравлики ФГБОУ ВПО

«Московский государственный университет

природообустройства»

И.В. Глазунова

 

Карпенко Н.П., Ломакин И.М., Дроздов В.С.

 

К21 основы инженерной геологии. Учебное пособие (по специальности 280100 «Природообустройство и водопользование»). – М.: ФГБОУ ВПО МГУП, 2014, 278с.

 

ISBN 978-5-89231-468-8

 

В учебном пособии рассматриваются основные инженерно-геологические свойства грунтов, инженерно-геологические процессы и явления, виды инженерно-геологических исследований и изысканий, которые выполняются для строительства и эксплуатации инженерных сооружений и объектов природообустройства.

Табл. 17. Рис. 58. Библ. Назв. 11.

ISBN 978-5-89231-468-8

 

Карпенко Н.П., Ломакин И.М., Дроздов В.С.

© ФГБОУ ВПО МГУП Московский государственный университет природообустройства, 2014.

Введение

 

Инженерная геология - одна из отраслей геологии. Ее возникновение и развитие связаны с потребностями строительства и эксплуатации инженерных сооружений. Первые серьезные шаги в области инженерно-геологических исследований в нашей стране были связаны с практикой железнодорожного строительства, точнее с железнодорожными изысканиями, которые осуществляли инженеры-путейцы без привлечения геологов.

Для возведения сооружений при наименьших затратах и достаточной надежности требовалось знать природные условия территории и прежде всего свойства горных пород и геологические процессы в районах строительства. Начало научных исследований в этом направлении и обобщения опыта строительства относится к началу XIX века.

С конца XIX - начала XX века к исследованиям под строительство сооружений стали привлекаться геологи. В СССР инженерная геология оформилась и получила название в двадцатых годах XX века. В эти годы начиналось строительство крупных гидротехнических сооружений (Волховская, Днепровская и Рионская ГЭС, Беломоро-Балтийский канал и др.), производились изыскания для строительства канала Волга-Дон.

Несколько позже началась подготовка к строительству других крупных инженерных комплексов на Кавказе, в верховьях Волги и Москвы-реки, Кузбассе и т.д. Сложные геологические условия участков строительства требовали детального их изучения и решения вопросов, возникавших при проектировании и возведении сооружений. Все это создало условия для быстрого развития инженерной геологии, которую Ф.П. Саваренский определил как отрасль геологии, трактующую вопросы применения геологии к инженерному делу.

К настоящему времени круг задач, решаемых инженерной геологией, значительно расширился. Е.М. Сергеев определяет инженерную геологию как науку, изучающую земную кору, как среду жизни и деятельности человека.

Задачей инженерной геологии является изучение закономерностей формирования и изменения инженерно-геологических условий отдельных регионов участков строительства и эксплуатации сооружений. Инженерная геология в настоящее время призвана изучать вопросы рационального использования геологической среды и ее охраны в связи с широким и интенсивным вмешательством в нее человека.

Огромный, размах городского и сельскохозяйственного, промышленного и гражданского строительства - крупнейших в мире гидротехнических сооружений, атомных электростанций, туннелей, карьеров, шахт, мелиоративных систем – все это ставило перед инженерной геологией все новые задачи и стимулировало ее развитие.

Инженерно-геологические условия строительства и эксплуатации инженерных сооружений определяются следующими факторами: свойствами горных пород, распространенных в районе расположения сооружений; развитыми в этом районе геологическими процессами; инженерно-геологическими процессами, которые могут возникнуть, и геологическими процессами, которые могут активизироваться во время строительства и эксплуатации инженерных сооружений.

Одна из задач инженерной геологии – это разработка мероприятий, обеспечивающих устойчивость сооружений, склонов и откосов. Современная инженерная геология в соответствии с решаемыми задачами включает три основных раздела - инженерную петрографию (грунтоведение), инженерную геодинамику и региональную инженерную геологию.

Инженерная петрография (грунтоведение) занимается изучением закономерностей формирования, состава, изменчивости и свойств горных пород, современных осадков и почв. Изучение заканчивается получением показателей физических, водных и механических свойств горных пород.

Инженерная геодинамика изучает геологические и инженерно-геологические процессы и явления, оказывающие влияние на сооружения, условия их строительства и эксплуатации. Инженерно-геологические процессы, это процессы, вызванные хозяйственной деятельностью человека. Инженерная геодинамика рассматривает зональность геологических процессов и явлений, их количественную характеристику, оценивает влияние инженерных сооружений на инженерно-геологические процессы, описывает мероприятия, направленные на предупреждение негативного влияния этих процессов на инженерные сооружения.

Региональная инженерная геология занимается изучением закономерностей пространственного распределения инженерно-геологических условий, т. е. таких условий, от которых зависят конструкция сооружения, его размещение, выбор методов ведения строительных работ и мероприятий по предотвращению неблагоприятных процессов и явлений

В понятие «инженерно-геологические условия» входят: геологические условия (тектонические, геоморфологические, сейсмичность и гидрогеологические), состав и свойства пород; геологические процессы (выветривание, эрозия, суффозия, карст, заболачивание, оползни, плывуны, промерзание и т.д.); инженерно-геологические процессы (переработка берегов водохранилищ, просадки, мерзлотные деформации, пучение на дорогах, деформации откосов, оползни и др.).

При проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений инженерная геология решает ряд практических задач:

- выбор наиболее благоприятного по геологическим условиям участка расположения сооружения;

- изучение геологических условий площади расположения сооружений;

- установление и количественная оценка развития геологических и инженерно-геологических процессов, одни из которых могут быть благоприятными, а другие — опасными для нормальной эксплуатации инженерных сооружений;

- выбор для строительства сооружения одного из изученных участков в результате сравнительной их оценки;

- выработка, в случае необходимости, мероприятий для предупреждения возникновения опасных для системы или сооружения инженерно-геологических процессов и явлений.

Развитие инженерной геологии и расширение круга рассматриваемых вопросов способствовали выделению в инженерной геологии разделов: специальной инженерной геологии и инженерной геологии месторождений полезных ископаемых.

Инженерная геология основывается на данных таких геологических наук, как минералогия, петрография, динамическая геология, геоморфология, гидрогеология, геотектоника и историческая геология. При решении отдельных вопросов используются методы, применяющиеся в математике, физике или химии, и данные таких наук, как метеорология, гидрология, гидравлика, гидротехника, мерзлотоведение и др.

В учебном пособии рассматриваются основные инженерно-геологические свойства грунтов, инженерно-геологические процессы и явления, виды инженерно-геологических исследований и изысканий, которые выполняются для строительства и эксплуатации инженерных сооружений и объектов природообустройства.

Учебное пособие может быть рекомендовано студентам, обучающимся по направлениям: 270100 (Строительство), 270104 (Гидротехническое строительство), 270102 (Промышленное и гражданское строительство), 270115 (Экспертиза и управление недвижимостью).

Работа была распределена авторами следующим образом: часть I написана профессором кафедры гидрологии, гидрогеологии и регулирования стока к.г.-м.н. И.М. Ломакиным, часть II написана доцентом той же кафедры к.г.-м.н. В.С. Дроздовым, часть III написана профессором той же кафедры, д.т.н. Н.П. Карпенко.

Часть I. ОСНОВЫ ГРУНТОВЕДЕНИЯ

 

Грунтоведение является одним из разделов инженерной геологии. Слово «грунт» означает основу (немецкое слово «grund» - дно, основание).

При строительстве горные породы, современные осадки и почвы используются в качестве оснований сооружений (гражданские и промышленные здания), среды, в которой находятся сооружения (тоннели, линии метрополитена), или материалы, из которого они строятся (земляные плотины, дамбы). Во всех этих случаях они называются грунтами. Таким образом, под грунтом понимается любая горная порода, современный осадок или почва, если они служат основанием, средой или материалом для каких-либо инженерных сооружений.

По определению Е.М. Сергеева, грунты - это любые горные породы или почвы, которые изучаются как многокомпонентные системы, изменяющиеся во времени, с целью познания их как объекта инженерной деятельности человека. Главное направление при изучении грунтов - познание их свойств (прежде всего физико-механических, таких, как прочность, деформируемость) и изменчивости свойств во времени под воздействием инженерных сооружений и природных факторов.

Грунты представляют собой многокомпонентные системы, которые состоят из четырех компонентов - твердого минерального, газообразного, порового водного раствора и микроорганизмов. Грунты изучают в лаборатории (в образцах) и в полевых условиях, т.е. в условиях их естественного залегания (в шурфах, шахтах, скважинах большого диаметра, в котлованах).

Свойства грунтов зависят, прежде всего, от условий их образования. Эти условия в природе весьма разнообразны, поэтому грунты имеют различные свойства. Например, при остывании магмы формируются наиболее прочные скальные грунты, а при отложении частиц минералов и горных пород различного размера и формы в воздушной или водной среде формируются менее прочные, мягкие связные или рыхлые несвязные грунты.

На формирование и изменение свойств грунтов большое влияние оказывают процессы превращения осадков в горные породы (диагенез). В результате этих процессов могут измениться минеральный состав, пористость, плотность, другие свойства грунтов, при этом они обычно улучшаются. В дальнейшем свойства грунтов изменяются под влиянием среды, в которой они находятся. При этом изменения свойств будут тем значительнее, чем больше различие между термодинамическими и химическими условиями формирования грунтов и условиями среды, в которой они находятся в дальнейшем. Например, на поверхности суши метаморфические породы (гнейсы, сланцы), сформировавшиеся при высоких давлениях и температурах, будут подвергаться изменениям в большей степени, чем пески, образовавшиеся в условиях, близких к условиям среды их существования.

Свойства грунтов могут изменяться также вследствие тектонических процессов (поднятия, опускания, смятия в складки). Если условия залегания грунтов изменяются и в них появляются трещины, то свойства их ухудшаются. Таким образом, при оценке свойств грунтов следует учитывать их происхождение (генезис), в том числе процессы диагенеза, а также условия залегания и условия среды, в которой они находятся и находились со времени образования.

Горные породы и другие образования как грунты изучаются на разных уровнях - молекулярном, структурном и макроструктурном. Для понимания природы структурных связей между компонентами грунта и оценки прочности и устойчивости грунты изучают на молекулярном уровне. На структурном уровне определяют структуру, текстуру, минеральный и петрографический состав грунтов.

Это позволяет установить условия формирования физико-механических свойств грунтов. При исследованиях на макроструктурном уровне выделяют в разрезе различные по петрографическому составу грунты, определяют размеры и условия залегания образуемых ими геологических тел.

Количественная оценка состава, состояния и свойств грунтов производится с помощью показателей, которые часто делят на три группы: классификационные, косвенные и прямые расчетные.

Первые используются на предварительных стадиях изучения для определения названия горных пород, их распространения и составления инженерно-геологических карт. Обычно их определяют в полевых условиях непосредственно у скважин (шурфов или обнажений) простыми, нередко визуальными способами или с помощью полевой инженерно-геологической лаборатории.

К классификационным показателям относятся цвет, минеральный состав, структура, текстура, консистенция, пластичность, водопроницаемость, размокаемость и набухание грунта.

Косвенные расчетные показатели определяются в полевых и стационарных инженерно-геологических лабораториях. Они используются на первых стадиях проектирования для оценки возможного поведения грунтов при взаимодействии с сооружениями, при наличии коррелятивной связи с прямыми расчетными показателями. Используются они и для получения прямых расчетных показателей.

К косвенным расчетным показателям относятся обычно плотность грунта, плотность минеральных частиц, пористость, гранулометрический состав (процентное содержание частиц различного диаметра, т.е. фракций), влажность, пределы пластичности, число пластичности и др.

Прямые расчетные показатели используют для расчетов при проектировании сооружений. Они определяются с помощью различных приборов и установок в лабораторных и полевых условиях на образцах или непосредственно в массиве грунтов.

К прямым расчетным показателям относятся коэффициент уплотнения (коэффициент компрессии), модуль компрессии, модуль общей деформации, модуль упругости, временное сопротивление сжатию, коэффициент трения, угол внутреннего трения, коэффициент сдвига, угол сдвига, сцепление, угол естественного откоса, коэффициент фильтрации, коэффициент водоотдачи, высота капиллярного поднятия, относительная просадочность, условная просадочность.

Приведенное деление показателей применительно к некоторым из них является условным; например, такие классификационные показатели, как плотность грунта и плотность минеральных частиц, содержание воднорастворимых солей и др., могут быть использованы при расчетах как косвенные и прямые расчетные. Это зависит от стадии проектирования, типа грунтов (горных пород) и типа сооружения.

 

1.1. Состав грунтов

 

Минеральный состав грунтов (горных пород) оказывает большое влияние на их свойства. Это влияние обратно пропорционально связи между отдельными элементами грунта (кристаллами, зернами, агрегатами и т.д.). Например, для базальтов с прочными кристаллизационными связями минеральный состав имеет меньшее значение, чем для глин с их мягкими коллоидными связями.

Минералы в грунтах могут иметь различное происхождение, состав и свойства. По относительному содержанию в грунтах они делятся на главные (породообразующие), второстепенные (акцессорные) и случайные.

Первые являются обязательной частью грунта и составляют его основную массу. Содержание акцессорных минералов обычно не превышает 5 % и присутствие их в грунте необязательно.

Случайные минералы содержатся в рыхлых или мягких связных грунтах в незначительном количестве. По условиям образования минералы в горных породах делят на первичные и вторичные.

Первичные образуются из магмы и составляют основную массу магматических пород (кварц, слюды, полевые шпаты, пироксен, роговая обманка и др.).

Вторичные обычно образуются в процессе выветривания или метаморфизма и делятся в свою очередь на растворимые (галит, гипс, ангидрит, кальцит, доломит) и не растворимые (каолинит, монтмориллонит, иллит, тальк, графит, хлорит и др.) в воде. В некоторых грунтах присутствуют также органические соединения.

Свойства преобладающих в природе кристаллических минералов определяются в основном природой связи между атомами, ионами или молекулами в кристаллической решетке. Эти связи делятся на ковалентные (гомополярные), металлические, водородные, ионные и молекулярные (остаточные) [8].

Если связь между атомами осуществляется с помощью общих (обобществленных) электронов, двигающихся по совместной орбите соединяющихся атомов, то она называется ковалентной (гомополярной). Если электроны могут свободно покидать орбиты своих атомов и двигаться между группами атомов, то связь называется металлической.

В минералах, содержащих водород и электроотрицательные элементы (фтор, кислород, азот, хлор), связь может быть и ковалентной и образующейся за счет электростатического притяжения атомов водорода и атомов электроотрицательных элементов. Такая связь получила название водородной. В этом случае, когда атомы разных химических элементов обладают различной способностью захватывать электроны, образуются противоположно заряженные ионы (иногда комплексные или радикал-ионы) и формируется ионная или полярная связь. Молекулярная связь возникает вследствие поляризации взаимодействующих молекул.

Наиболее прочны ионные, ковалентные и металлические связи, менее прочны водородная и особенно молекулярная. В минералах часто имеют место не один, а несколько типов связи. При этом наиболее слабый, молекулярный тип связи присутствует, как правило, всегда.

В соответствии с типами связей все минералы в грунтах делятся на четыре группы (Е.М. Сергеев):

· минералы с преимущественно ковалентным типом связи - почти все силикаты (кроме слоевых) и другие прочные и практически нерастворимые минералы;

· минералы с преимущественно ионным типом связи - простые слои (галоиды, сульфаты, карбонаты и др.), растворимые в воде;

· минералы с несколькими типами связи без четко выраженного преобладания одного из них - все глинистые минералы и слоевые силикаты;

· органические соединения - гуминовые кислоты, протеин, клетчатка и другие сложные соединения.

Гранулометрический состав характеризует размеры обломков и частиц в обломочных и глинистых грунтах. Содержание обломков или частиц (в глинистых грунтах) в определенном диапазоне размеров (фракции) выражается в процентах от общей массы сухого образца.

Гранулометрический состав песчаных грунтов определяется ситовым методом, а мягких связных (глины, суглинки, супеси, лёссы) - аэрометрическим или пипеточным, основанным на различной скорости осаждения частиц грунта в воде.

Результаты механического (гранулометрического) анализа для большей наглядности изображают графически. Для этого по оси абсцисс откладывают логарифмы размеров фракций, а по оси ординат - их процентное содержание в породе. При этом по оси ординат последовательно откладывают количество частиц каждого размера, начиная с самого мелкого.

Величина ординаты для каждого размера частиц получается суммированием с данными для предыдущих размеров, так что каждая точка графика дает суммарное количество частиц данного размера и размеров, меньших, чем этот размер. Полученный график носит название графика однородности песчаных грунтов (рис. 1.1).

 

Рис. 1.1. График однородности песчаных грунтов

 

Если на кривой однородности наметить точки, соответствующие 10 и 60% - они укажут частицы, мельче которых в породе содержится 10 и 60%. Исследованиями было установлено, что на свойства породы главным образом влияют частицы, приходящиеся на указанный участок кривой.

Величина частиц, мельче которых в породе содержится 10%, называется действующим, или эффективным, диаметром d₁₀. Величина частиц, мельче которых в породе содержится 60%, называется контролирующим диаметром d₆₀. Отношение К_н = d₆₀/d₁₀ называется коэффициентом неоднородности породы. Коэффициент неоднородности не может быть меньше единицы и практически не бывает больше 200. Чем меньше его величина - тем однороднее порода.

Существуют и полевые методы определения гранулометрического состава грунтов. Результаты определения гранулометрического состава грунтов изображаются в форме таблиц и графически в виде интегральных (кумулятивных) кривых, циклограмм, гистограмм и на диаграмме-треугольнике (Ферре).

С помощью равностороннего треугольника, по углам которого отмечается 100%-ное содержание песчаных, пылеватых и глинистых фракций, можно изобразить гранулометрический состав, полученный в результате большого числа анализов, каждый из которых изображается точкой. Циклограмма представляет собой круг, площадь которого принимается за 100%.

Содержание каждой фракции имеет вид сектора, площадь которого пропорциональна ее процентному содержанию. В столбчатых диаграммах (гистограммах) содержание каждой фракции изображается в одном масштабе в виде прямоугольников (столбиков), имеющих общее основание. Природные грунты (рыхлые обломочные и глинистые) состоят обычно из обломков или частиц разных размеров. Для определения названия грунта используют соответствующие классификации.

Название крупно- и среднеобломочных (песчаных) грунтов определяется по СНиП 11-15-74 (табл. 1.1), а глинистых и смешанных - по классификации Охотина.

 

Таблица 1.1. Крупно- и среднеобломочные горные породы (СНиП 11-15-74)

 

Виды грунта	Содержание частиц
Крупнообломочные
Валунный (при преобладании не окатанных частиц - глыбоватый) Галечниковый (при преобладании не окатанных частиц - щебнистый) Гравийный (при преобладании не окатанных частиц - дресвяный)	Частиц крупнее 200 мм - более 50 %   Частиц крупнее 10 мм - более 50 %   Частиц крупнее 2 мм - более 50 %
Песчаные
гравелистый   крупный   средней крупности   мелкий   пылеватый	Частиц крупнее 2 мм - более 25 % Частиц крупнее 0,5 мм - более 50 % Частиц крупнее 0,25 мм - более 50 % Частиц крупнее 0,1 мм - 75 % и более Частиц крупнее 0,1 мм - менее 75 %

Примечание. Для определения названия грунта последовательно суммируется содержание (в процентах) частиц исследуемого грунта: сначала крупнее 200 мм, затем крупнее 10 мм, далее крупнее 2 мм и т. д. Наименование грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю.

 

 

1.2. Структурные связи в грунтах

 

В грунтах существуют связи между их элементами - кристаллами, агрегатами, обломками или частицами. Природа и прочность структурных связей в значительной степени определяют свойства грунтов.

По современным представлениям, структурные связи в грунтах имеют преимущественно электрическую природу. Они формируются в течение всего периода образования грунта и могут изменяться в последующее время его существования и земной коре.

Структурные связи, формирующиеся при образовании самого грунта, называются первичными. В магматических породах они возникают в результате остывания магмы, в метаморфических - перекристаллизации исходных пород, в осадочных - процессов диагенеза осадка.

В период существования грунтов в земной коре первичные структурные связи могут изменяться — становиться более прочными и ослабевать, одновременно могут возникать и новые структурные связи. Эти изменения могут быть следствием природных процессов (тектонических, выветривании, суффозии, цементации, перекристаллизации, уплотнения, дегидратации и др.) или вызываться искусственно.

Прочность структурных связей в значительной мере обусловлена их природой. В магматических, в большей части метаморфических и в некоторых осадочных породах имеет место химическая связь, в основе которой лежат электрические силы взаимодействия между атомами с помощью периферийных или валентных электронов. Эта связь проявляется в тех случаях, когда расстояния между атомами не превышают суммы атомных радиусов, т.е. (0,5-3,5)∙10^{-10 м.}

В зависимости от строения слагающих грунт минералов химическая связь может быть кристаллизационной и аморфной.

Кристаллизационные связи существуют в магматических, метаморфических и некоторых осадочных породах с кристаллической структурой всей породы или только цемента. Эти связи наиболее прочны.

Твердые аморфные связи существуют в породах, состоящих из аморфных минералов (например, трепел состоит из аморфного минерала опала), или в обломочных цементированных породах, где цементом является аморфное вещество. Эти связи характерны главным образом для осадочных сцементированных пород и некоторых магматических эффузивных (обсидиан, пехштейн).

Грунты с химическими структурными связями отличаются высокой прочностью, слабой сжимаемостью и упругостью в определенном диапазоне нагрузок. При больших нагрузках грунты разрушаются, и химические связи в них не восстанавливаются.

В тонкодисперсных грунтах осадочного происхождения (глинистых и пылеватых) существуют молекулярная и молекулярно-ионно-электростатическая связи. Молекулярные силы притяжения действуют между твердыми телами, молекулами, атомами и ионами, т. е. являются универсальными. Они значительно слабее химических сил и проявляются при расстояниях между частицами от 9-10^-10 до 4-10^{-7 м.}

 

 

С увеличением расстояний прочность молекулярных связей снижается. Число молекулярных взаимодействий (точек) возрастает с увеличением удельной поверхности грунта, т.е. степени дисперсности. Наиболее прочна молекулярная связь в сухих, уплотненных тонкодисперсных (глинистых) грунтах.

При увлажнении таких грунтов вокруг глинистых частиц образуются гидратная оболочка и диффузионный слой ионов. Наряду с молекулярными силами притяжения между частицами будут проявляться и ионно-электростатические силы отталкивания. Результирующая этих сил и определяет прочность структурных связей в дисперсных грунтах. Такие структурные связи называют молекулярно-ионно-электростатическими, или водноколлоидными.

Водноколлоидные связи характерны для глинистых грунтов. Они менее прочны, чем кристаллизационные и твердые аморфные, кроме того, их прочность уменьшается с увеличением влажности грунта. Если в сухих рыхлых грунтах связи отсутствуют, то при их капиллярном увлажнении проявляются слабые водные связи.

В одних и тех же грунтах может быть один, два и более (смешанные связи) типов связи. Разделение грунтов по структурным связям не всегда можно провести, поскольку ряд грунтов (суглинки, лёсс и др.), имея смешанный состав, обладают и некоторыми промежуточными свойствами.

Прочность связей в одних грунтах - изотропных - во всех направлениях одинакова, а в других - анизотропных - изменяется по отдельным направлениям.

Структура грунтов с кристаллизационными связями при одинаковом минеральном составе определяет степень устойчивости их при выветривании: мелкокристаллические грунты разрушаются в меньшей степени, чем крупнокристаллические. Осадочные крупнообломочные грунты на сжатие более прочны, чем среднезернистые, а последние более прочны, чем мелкозернистые.

Применительно к пылеватым (лёссам) и микрозернистым (глинистым) грунтам в грунтоведении выделяют макро-, мезо- и микроструктуру.

Первая характеризует особенности структуры грунта по структурным элементам, видимым невооруженным глазом (зерна, чешуйки). Размер таких элементов может изменяться от 1 м и более до долей сантиметра.

Вторая определяется структурными элементами с размерами от нескольких миллиметров до тысячных долей миллиметра. Она может изучаться с помощью лупы или в шлифах и аншлифах под микроскопом при увеличениях до 600 раз. Микроструктура характеризуется элементарными частицами или их агрегатами в грунте размером менее 5 мкм. Поэтому она изучается с помощью рентгеновских лучей или электронного микроскопа при увеличении в несколько тысяч раз.

Текстура грунтов характеризует пространственное расположение элементов (частиц, агрегатов частиц, кристаллов, цемента) и плотность их сложения. Текстура оказывает большое влияние на свойства грунтов. Наиболее прочные грунты обычно имеют плотную массивную текстуру (большая часть магматических пород, некоторые метаморфические и осадочные породы). Грунты со слоистой и сланцевой текстурой, как правило, являются анизотропными, а пористые грунты обычно менее прочны, чем плотные.